(57)【要約】  優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒を提供する。  本発明に係る炭素触媒は、炭素源としての有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料の炭素化により得られた炭素化材料に金属を含浸させ、さらに熱処理を施して得られた過酸化水素分解用炭素触媒（１０）である。
2011055604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計が、０．０２ｇあたり０．０６ｍｍｏｌ以上である
ことを特徴とする過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項２】
前記一酸化炭素の脱離量が０．０１ｍｍｏｌ以上であり、前記二酸化炭素の脱離量が０．０５ｍｍｏｌ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項３】
炭素源としての有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料の炭素化により得られた炭素化材料に金属を含浸させ、さらに熱処理を施して得られた
ことを特徴とする過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項４】
溶液中、気体中又はミスト中の過酸化水素を分解するために使用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項５】
過酸化水素の存在下で溶液中、気体中又はミスト中の有機物の分解を促進するために使用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒と、
高分子バインダーと、
を含む
ことを特徴とする過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項７】
前記高分子バインダーは、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含む
ことを特徴とする請求項６に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項８】
前記過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含む前記高分子バインダーと、を含有する成形体を水溶液で処理し、前記高分子バインダーに含まれる前記水溶性高分子を前記成形体から除去することにより形成された多孔構造を有する
ことを特徴とする請求項６に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項９】
前記水溶性高分子は、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール及びポリビニルアルコールからなる群より選択される１種又は２種以上である
ことを特徴とする請求項７又は８に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を含む
ことを特徴とする触媒組成物。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒が固定化された触媒部を備え、
前記触媒部に過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを接触させることにより、前記溶液、前記気体又は前記ミストを処理する
ことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素触媒及びその用途に関し、特に、過酸化水素分解能を有する炭素触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中に含有される過酸化水素を分解するための触媒としては、例えば、白金や二酸化マンガン等の金属触媒が使用されている。また、賦活処理された活性炭や、賦活され白金を担持した活性炭を過酸化水素の分解に使用することも提案されている（例えば、特許文献１，２）。【０００３】
一方、排水を処理する方法として、当該排水のｐＨを酸性に調整するとともに過酸化水素及び鉄（ＩＩ）化合物を添加するフェントン法が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−０００８１１号公報
【特許文献２】特開２００９−９０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、白金触媒は、高価であり、埋蔵量による制限を受けるため、汎用的な触媒としては必ずしも好ましくない。また、二酸化マンガンは環境への負荷が大きく、ｐＨが低い場合には溶出するため、使用できるｐＨ範囲に制限がある。【０００６】
また、活性炭は、単独では活性が十分に高いとは言えず、処理に必要な量が比較的多くなり、白金を担持する場合には上述のようにコスト等の問題が避けられないという問題があった。【０００７】
また、フェントン法による排水処理方法においては、被処理物質を酸化処理するために化学当量の鉄（ＩＩ）化合物を供給し続けなければならず、また、処理時にはｐＨを酸性に調整し、処理後には中和する必要があるため操作が煩雑であり、さらに、副産物として生成される鉄含有沈殿物の処理が必要といった問題があった。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒及びその用途を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒は、昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計が、０．０２ｇあたり０．０６ｍｍｏｌ以上であることを特徴とする。本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒を提供することができる。【００１０】
また、前記一酸化炭素の脱離量が０．０１ｍｍｏｌ以上であり、前記二酸化炭素の脱離量が０．０５ｍｍｏｌ以上であることとしてもよい。【００１１】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒は、炭素源としての有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料の炭素化により得られた炭素化材料に金属を含浸させ、さらに熱処理を施して得られたことを特徴とする。本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒を提供することができる。【００１２】
また、前記いずれかの過酸化水素分解用炭素触媒は、溶液中、気体中又はミスト中の過酸化水素を分解するために使用されることとしてもよい。また、前記いずれかの過酸化水素分解用炭素触媒は、過酸化水素の存在下で溶液中、気体中又はミスト中の有機物の分解を促進するために使用されることとしてもよい。【００１３】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用触媒成形体は、前記いずれかの過酸化水素分解用炭素触媒と、高分子バインダーと、を含むことを特徴とする。本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する触媒成形体を提供することができる。【００１４】
また、前記高分子バインダーは、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含むこととしてもよい。また、前記過酸化水素分解用触媒成形体は、前記過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含む前記高分子バインダーと、を含有する成形体を水溶液で処理し、前記高分子バインダーに含まれる前記水溶性高分子を前記成形体から除去することにより形成された多孔構造を有することとしてもよい。【００１５】
これらの場合、前記水溶性高分子は、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール及びポリビニルアルコールからなる群より選択される１種又は２種以上であることとしてもよい。【００１６】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る触媒組成物は、前記いずれかの過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を含むことを特徴とする。本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒を含む触媒組成物を提供することができる。【００１７】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る処理装置は、前記いずれかの過酸化水素分解用炭素触媒が固定化された触媒部を備え、前記触媒部に過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを接触させることにより、前記溶液、前記気体又は前記ミストを処理することを特徴とする。本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒を含む処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、優れた過酸化水素分解触媒活性を有する炭素触媒及びその用途を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒を含む処理装置の一例について、その主な構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒の製造方法の一例に含まれる主な工程を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態において過酸化水素分解用炭素触媒を昇温脱離法により評価した結果の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒の触媒活性を評価した結果の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒の触媒活性を評価した結果の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は本実施形態で示す例に限られない。
【００２１】
まず、本実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒（以下、「本触媒」という。）について説明する。本発明の発明者らは、後述する炭素触媒の製造方法と並行して、過酸化水素分解触媒活性の高い炭素触媒を実現するための炭素構造について独自に鋭意検討を重ね、その結果、本触媒に係る発明をするに至った。
【００２２】
本触媒は、例えば、昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計が、０．０２ｇあたり０．０６ｍｍｏｌ以上である炭素触媒である。すなわち、０．０２ｇの本触媒を昇温脱離法により評価すると、当該本触媒を１５０℃から４００℃まで加熱する間に脱離する一酸化炭素及び二酸化炭素の総量は、０．０６ｍｍｏｌ以上となる。
【００２３】
この場合、本触媒は、例えば、昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量が０．０１ｍｍｏｌ以上であり、二酸化炭素の脱離量が０．０５ｍｍｏｌ以上である炭素触媒とすることができる。
【００２４】
また、昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計は、例えば、０．０７ｍｍｏｌ以上とすることもできる。この場合、例えば、一酸化炭素の脱離量が０．０１ｍｍｏｌ以上であり、二酸化炭素の脱離量が０．０６ｍｍｏｌ以上であるとすることができる。
【００２５】
また、本触媒は、例えば、昇温脱離法における１５０℃から９００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計が、０．０２ｇあたり０．４ｍｍｏｌ以上である炭素触媒である。この場合、本触媒は、例えば、昇温脱離法における１５０℃から９００℃での一酸化炭素の脱離量が０．３ｍｍｏｌ以上であり、二酸化炭素の脱離量が０．１ｍｍｏｌ以上である炭素触媒とすることができる。
【００２６】
また、昇温脱離法における１５０℃から９００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計は、例えば、０．０２ｇあたり０．４６ｍｍｏｌ以上とすることもできる。この場合、例えば、一酸化炭素の脱離量が０．３３ｍｍｏｌ以上であり、二酸化炭素の脱離量が０．１３ｍｍｏｌ以上であるとすることができる。
【００２７】
昇温脱離法における一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量は、公知の方法により求めることができる。すなわち、まず、所定の昇温脱離装置内において、炭素触媒に熱処理を施すことによって、当該炭素触媒の表面から官能基（含酸素化合物）を脱離させる。次いで、この熱処理が施された炭素触媒に酸素ガスを接触させて、当該炭素触媒の表面に酸素を化学吸着させる。その後、炭素触媒に再び熱処理を施して、当該炭素触媒の表面からの官能基（含酸素化合物）の脱離に伴い発生する一酸化炭素及び二酸化炭素を定量する。
【００２８】
昇温脱離法における１５０℃から４００℃又は９００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量は、炭素触媒を１５０℃まで加熱し、その後、当該炭素触媒をさらに加熱して、その温度が４００℃又は９００℃に上昇するまでの間に脱離した一酸化炭素の総量及び二酸化炭素の総量として求められる。
【００２９】
このような昇温脱離法は、炭素材料の活性表面積（Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｒｅａ：ＡＳＡ）の評価に使用される。すなわち、炭素触媒に含まれる炭素網面の炭素原子（エッジ炭素）は不飽和のｓｐ２電子を有していることから化学的に活性であることが証明されている。
【００３０】
エッジ炭素は、当該エッジ炭素に対する酸素原子の吸着量を測定することにより定量化が可能であり、これが活性表面積として炭素触媒の触媒反応性の尺度とされる。この活性表面積を定量する方法として、昇温脱離法が使用される。
【００３１】
炭素触媒に含まれるエッジ面はベーサル面に比べて酸素が吸着しやすいことから、表面官能基を高温での加熱により除去した炭素触媒に酸素を吸着させ、その後、当該炭素触媒を再び加熱して一酸化炭素及び二酸化炭素の放出量（脱離量）を定量することにより、当該炭素触媒のエッジ面を間接的に定量することができる。したがって、昇温脱離法により測定される一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量の増加は、炭素触媒の活性表面積の増加を表し、当該炭素触媒の触媒活性の増加を表す。
【００３２】
本発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素触媒が、昇温脱離法において上述のような一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離が発生する炭素構造を有することにより、その過酸化水素分解触媒活性が従来に比べて向上することを独自に見出した。
【００３３】
本触媒は、昇温脱離法により測定される一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量が、従来の炭素触媒に比べて大きいことから、活性表面積が大きく、反応性の高いエッジ面を多く含み、その結果、従来の炭素触媒に比べて高い過酸化水素分解触媒活性を示すと考えられる。
【００３４】
窒素吸着ＢＥＴ法により求めた本触媒の比表面積は、例えば、１０ｍ２／ｇ以上とすることができ、好ましくは１００ｍ２／ｇ以上とすることができる。より具体的に、本触媒の表面積は、例えば、２００ｍ２／ｇ以上、３０００ｍ２／ｇ以下とすることができ、好ましくは３００ｍ２／ｇ以上、３０００ｍ２／ｇ以下とすることができる。
【００３５】
このような本触媒は、例えば、溶液中、気体中又はミスト中の過酸化水素を分解するために使用される過酸化水素分解用炭素触媒とすることができる。すなわち、この場合、本触媒は、分解及び除去すべき過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを処理するための触媒である。処理の対象となる過酸化水素含有溶液としては、例えば、コンタクトレンズの洗浄に使用する、過酸化水素を含有する洗浄液や、漂白及び染色工程時又は当該工程後に残存した過酸化水素を含有する排液が挙げられる。
【００３６】
そして、この場合、本触媒によって、過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを処理する方法（以下、「本方法」という。）は、例えば、分解すべき過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを、本触媒と接触させることによって、当該溶液、気体又はミストに含有される過酸化水素を分解及び除去する方法とすることができる。
【００３７】
また、本触媒は、例えば、過酸化水素の存在下で溶液中、気体中又はミスト中の有機物の分解を促進するために使用される過酸化水素分解用炭素触媒とすることができる。すなわち、この場合、本触媒は、分解及び除去すべき有機物を含有する溶液、気体又はミストを処理するための触媒である。本触媒は、優れた過酸化水素分解触媒活性を有するため、過酸化水素の存在下で、溶液、気体又はミストに含有される有機物の分解反応を促進することができる。処理の対象となる有機物含有溶液としては、例えば、工場の排水や、生物処理では分解できない難分解性の有機排液、半導体及び液晶デバイスの製造時に使用される超純水をつくるためのリサイクル排水が挙げられる。
【００３８】
そして、この場合、本方法は、例えば、過酸化水素に加えて、分解すべき有機物をさらに含有する溶液、気体又はミストを本触媒と接触させることによって、当該溶液、気体又はミストに含有される当該有機物を分解及び除去する方法とすることができる。
【００３９】
本実施形態に係る過酸化水素分解用触媒成形体（以下、「本触媒成形体」という。）は、上述の過酸化水素分解用炭素触媒（本触媒）と、高分子バインダーと、を含む過酸化水素分解用触媒成形体である。
【００４０】
高分子バインダーとしては、本触媒成形体の成形に有効なものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、例えば、本触媒成形体は、上述のような溶液の処理に好ましく使用されるため、非水溶性の高分子を含むことが好ましい。この非水溶性高分子は、非水溶性であってバインダーとして使用できるものであれば特に限られず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエンヘテロ高分子、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレンからなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。
【００４１】
また、高分子バインダーは、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含むこととしてもよい。すなわち、この場合、高分子バインダーは、水溶性高分子と非水溶性高分子との混合物とすることができる。
【００４２】
水溶性高分子は、当該水溶性高分子を含む本触媒成形体を水溶液中に浸漬して保持することにより、当該水溶液中に溶解し、当該本触媒成形体から除去できるものであれば特に限られず、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロ−ス、澱粉からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。
【００４３】
高分子バインダーが水溶性高分子を含む場合、本触媒成形体は、例えば、上述の過酸化水素分解用炭素触媒と当該高分子バインダーとを含有する成形体を水溶液で処理し、当該高分子バインダーに含まれる当該水溶性高分子を当該成形体から除去することにより形成された多孔構造を有するものとすることができる。
【００４４】
すなわち、この場合、本触媒成形体の製造においては、まず、本触媒と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を含む原料を調製する。次いで、この原料を所定の形状に成形することにより成形体を得る。そして、この成形体を水溶液中に浸漬して保持する等、水溶液で処理することにより、当該成形体から水溶性高分子を溶出させる。この水溶性高分子の溶出によって、成形体の表面及び内部には多孔構造が形成される。こうして、多孔構造を有する本触媒成形体が得られる。
【００４５】
このような多孔構造を有する本触媒成形体は、表面積が大きいため、当該本触媒成形体に含まれる本触媒の活性を有効に利用することができる。なお、本触媒成形体の形状は特に限られず、例えば、繊維状、棒状、フィルム状、シート状、板状、ブロック状、円柱状、多角柱状、粒状、ペレット状、粉状、中空体、発泡体とすることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る触媒組成物（以下、「本触媒組成物」という。）は、上述の過酸化水素分解用炭素触媒（本触媒）と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を含む触媒組成物である。本触媒組成物は、本触媒と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を混合することにより製造することができる。
【００４７】
本触媒組成物は、上述のような多孔構造を有する本触媒成形体の製造に好ましく使用することができる。すなわち、例えば、本触媒組成物が流動性を有する組成物（例えば、スラリー）である場合には、まず、当該本触媒組成物を所定の基材に塗布し、又は所定の型内に充填する。次いで、基材上又は型内で本触媒組成物を乾燥させることにより、成形体を形成する。
【００４８】
そして、上述のように、この成形体を水溶液で処理して水溶性高分子を除去することにより、多孔構造を有する本触媒成形体を製造することができる。具体的に、例えば、本触媒組成物が塗布用組成物である場合には、当該本触媒組成物を基材表面に薄く塗布し、次いで、上述のように乾燥及び水溶性高分子の除去を行うことにより、多孔構造を有するフィルム状の本触媒成形体を製造することができる。
【００４９】
この場合、本触媒成形体は、例えば、本触媒の活性を発揮する上で有利な多孔構造を有するとともに、基材上に強固に固定され、当該本触媒が脱離しない（いわゆる粉落ちのない）成形体とすることができる。
【００５０】
また、本触媒成形体は、基材と、バインダーを使用することなく当該基材に担持された本触媒と、を含む過酸化水素分解用触媒成形体とすることもできる。すなわち、この場合、例えば、熱可塑性樹脂製の基材を使用することができる。具体的に、例えば、乾式にて熱可塑性樹脂製の基材を、当該熱可塑性樹脂の軟化点温度付近に加温し、当該基材の表面が溶融した状態で、当該表面に本触媒を付着させることにより、バインダーを使用することなく、本触媒成形体を製造することができる。このような本触媒成形体においては、基材の表面に本触媒を安定して固体化し、当該表面に当該本触媒含む薄い触媒層を形成することができる。
【００５１】
なお、本触媒を基材に担持して利用する態様は、上述した本触媒成形体や本触媒組成物の例に限られない。すなわち、基材は、本触媒を担持するものであれば特に限られない。具体的に、例えば、紙、綿、天然繊維、合成繊維、半合成繊維、化学繊維等の有機繊維担体や、無機繊維担体を使用することができる。また、セラミック（例えば、アルミナやコージライト）、タイル、ガラス等の無機材料や、金属を使用することもできる。
【００５２】
また、本触媒を含む分解材の形状は、上述の例に限られず、例えば、繊維状、ウール状、棒状、フィルム状、シート状、網状、ハニカム状、プリーツ状、コルゲート状、コルゲートハニカム状、板状、ブロック状、円柱状、多角柱状、粒状、ペレット状、粉状、中空体、発泡体、多孔構造とすることができる。また、このような分解材は、例えば、粉末、スラリー、塗料、ケーキ、紙、織物、編地、不織布、フィルター、塗工シート、多層体、ゲル、イオンゲル、イオン液体ゲルとすることもできる。
【００５３】
また、本触媒及び本触媒を含む分解材の用途としては、例えば、過酸化水素を含む廃水の処理（漂白・染色排水、難分解性有機排液)、リサイクル排液、原子炉廃水、オゾン除去（オゾン分解物)、食品加工、過酸化水素系の金属処理液の廃液処理、電子工業における過酸化水素含有液の処理、過酸化水素のミスト・ガスの処理、着色廃水の脱色処理（過酸化水素との併用）、銅エッチング廃液処理、過酸化水素の分解による水素リッチ化合物からの水素製造処理、酸素生成処理、空気清浄装置（過酸化水素除去）、空気除菌装置、過酸化水素の分解ガスを利用した固液分離触媒、過酸化水素の分解からの酸化水製造触媒、過酸化水素分解物（活性酸素）を利用した化学品合成触媒が挙げられる。また、本触媒及び本触媒を含む分解材の利用対象としては、例えば、大気、土壌、海水、汚水、浄水、工業用水、工場排ガス、内燃機関からの排ガス、分析機器からの排ガスが挙げられる。
【００５４】
次に、本実施形態に係る処理装置（以下、「本装置」という。）について説明する。本装置は、上述した過酸化水素分解用炭素触媒（本触媒）が固定化された触媒部を備え、当該触媒部に過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを接触させることにより、当該溶液、気体又はミストを処理する装置である。
【００５５】
図１は、本装置の一例について、その主な構成を示す説明図である。なお、ここでは、過酸化水素を含有する溶液を処理する場合を例として説明する。図１に示す例において、本装置１は、本触媒１０が固定化された触媒部２０と、処理の対象となる溶液（原水）を供給するための原水供給部３０と、過酸化水素を供給するための過酸化水素供給部４０と、当該触媒部２０により処理された溶液（処理液）を回収するための処理液回収部５０と、を備えている。
【００５６】
触媒部２０は、本触媒１０が固定化され、原水が接触できるものであれば特に限られない。すなわち、図１に示す例において、触媒部２０は、内部に本触媒１０が固定化された筒状体となっている。触媒部２０に本触媒１０を固定化する方法は、固定化された当該本触媒１０が機能し得るものであれば特に限られず、例えば、触媒部２０の内面に本触媒を塗布により固定化する方法や、触媒部２０の内部に、本触媒を固定化した成形体（例えば、ペレット状、繊維状、板状の上述した本触媒成形体）や上述の本触媒組成物を充填する方法を採用することができる。
【００５７】
ここで、本装置１による溶液の処理について説明する。すなわち、まず、本装置１に接続されたポンプ等の送液装置（不図示）を作動させて、原水供給部３０から供給流路３１を介して、原水を触媒部２０に流入させる。このとき、過酸化水素供給部４０から添加流路４１を介して、触媒部２０に流入する前の原水に過酸化水素を添加する。したがって、触媒部２０には、過酸化水素が添加された原水が流入する。
【００５８】
触媒部２０に流入した原水は、当該触媒部２０に固定化されている本触媒１０と接触しながら、当該触媒部２０内を流通する。触媒部２０内を流通する原水は、本触媒１０により処理される。すなわち、過酸化水素存在下における本触媒１０の触媒活性によって、原水に含有されている有機物を効率よく分解する。
【００５９】
そして、本触媒１０により処理され、触媒部２０から流出した処理液は、回収流路２１を介して処理液回収部５０に回収される。こうして、本装置１によって、原水中に比べて有機物の含有濃度が効果的に低減された処理液を効率よく得ることができる。
【００６０】
なお、本装置の構成は、図１に示す例に限られない。すなわち、本装置は、原水を処理することのできる触媒部２０を備えていれば、図１に示すような他の構成を備える必要はない。例えば、本装置は、図１に示すような連続的な処理を行う装置ではなく、バッチ式で処理を行う装置とすることもできる。また、本装置は、溶液の場合と同様に、過酸化水素を含有する気体又はミストを処理することもできる。
【００６１】
次に、本実施形態に係る過酸化水素分解用炭素触媒の製造方法（以下、「本製造方法」という。）について説明する。図２は、本製造方法の一例に含まれる主な工程を示す説明図である。図２に示すように、本製造方法は、炭素化工程Ｓ１と、金属含浸工程Ｓ２と、熱処理工程Ｓ３と、を含む。
【００６２】
炭素化工程Ｓ１においては、炭素源としての有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料を炭素化して炭素化材料を得る。原料に含まれる有機化合物は、炭素化できるものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、有機化合物としては、高分子量の有機化合物（例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂）及び低分子量の有機化合物の一方又は両方を使用することができ、バイオマスを使用することもできる。
【００６３】
また、有機化合物としては、例えば、窒素を含有する有機化合物を好ましく使用することができる。窒素を含有する有機化合物は、その分子内に窒素原子を含むものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
【００６４】
また、有機化合物としては、例えば、金属に配位可能な配位子を好ましく使用することができる。すなわち、この場合、その分子内に１又は複数個の配位原子を含む有機化合物を使用する。より具体的に、例えば、配位原子として、その分子内に窒素原子、リン原子、酸素原子、硫黄原子からなる群より選択される１種又は２種以上を含む有機化合物を使用することができる。また、例えば、配位基として、その分子内にアミノ基、フォスフィノ基、カルボキシル基、チオール基からなる群より選択される１種又は２種以上を含む有機化合物を使用することもできる。
【００６５】
具体的な有機化合物としては、例えば、ピロール、ビニルピリジン、イミダゾール、２−メチルイミダゾ−ル、アニリン、ポリスルフォン、ポリアミノビスマレイミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリベンゾイミダゾ−ル、ポリアミド、ポリエ−テル、ポリエ−テルエ−テルケトン、セルロ−ス、リグニン、キチン、キトサン、絹、毛、ポリアミノ酸、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ヒドラジン、ヒドラジド、尿素、アイオノマー、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアクリルニトリルからなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
【００６６】
有機化合物は、例えば、本製造方法により製造される炭素触媒の活性を向上させる成分として、ホウ素、リン、酸素、硫黄からなる群より選択される１種又は２種以上をさらに含有することもできる。
【００６７】
原料に含まれる金属は、本製造方法により製造される炭素触媒の活性を阻害しないものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。この金属は、例えば、周期表の３族〜１６族からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。すなわち、周期表の３Ａ族（３族）元素、４Ａ族（４族）元素、５Ａ族（５族）元素、６Ａ族（６族）元素、７Ａ族（７族）元素、８族（８族、９族及び１０族）元素、１Ｂ族（１１族）元素、２Ｂ族（１２族）元素、３Ｂ族（１３族）元素、４Ｂ族（１４族）元素、５Ｂ族（１５族）元素及び６Ｂ族（１６族）元素からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
【００６８】
また、金属としては、例えば、遷移金属（周期表の３族から１２族）を好ましく使用することができる。さらに、遷移金属としては、周期表の３族から１２族の第４周期に属する金属を好ましく用いることができる。
【００６９】
具体的には、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ランタノイド（セリウム（Ｃｅ）等）及びアクチノイドからなる群より選択される１種又は２種以上を好ましく使用することができ、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅からなる群より選択される１種又は２種以上をより好ましく使用することができる。
【００７０】
金属は、当該金属の単体又は当該金属の化合物として使用することができる。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭素化物、金属錯体を使用することができ、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属錯体を好ましく使用することができる。なお、上述の有機化合物として配位子を使用する場合には、原料中において金属錯体が形成されることとなる。
【００７１】
原料に含まれる導電性炭素材料は、本製造方法により製造される炭素触媒に導電性を付与し又は当該炭素触媒の導電性を向上させるものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、導電性炭素材料としては、例えば、導電性を有し、それ自身では触媒活性を有しない炭素材料を使用することができる。
【００７２】
具体的に、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、カーボンフィブリル、黒鉛粉末からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
【００７３】
また、導電性炭素材料としては、原料に含まれる上述の金属が予め担持されたものを使用することもできる。すなわち、この場合、例えば、炭素触媒の活性や耐酸化性能を向上させる遷移金属を担持した導電性炭素材料を使用することができる。遷移金属としては、例えば、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ランタノイド（セリウム等）及びアクチノイドからなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。
【００７４】
炭素化工程Ｓ１においては、炭素化に先立って、上述のような有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料を混合する。原料を混合する方法は特に限られず、例えば、乳鉢や攪拌装置を使用することができる。また、有機化合物、金属及び導電性炭素材料を粉末状で混合する粉体混合や、溶媒を添加して混合する溶媒混合等、１種又は２種以上の混合方法を使用することもできる。
【００７５】
そして、炭素化工程Ｓ１においては、上述のように調製した原料を炭素化する。すなわち、原料を加熱して、当該原料を炭素化できる所定温度（炭素化温度）で保持する。
【００７６】
炭素化温度は、原料を炭素化できる温度であれば特に限られず、例えば、３００℃以上とすることができる。より具体的に、炭素化温度は、例えば、３００℃以上、１５００℃以下とすることができ、好ましくは４００℃以上、１２００℃以下とすることができ、より好ましくは５００℃以上、１１００℃以下とすることができる。
【００７７】
原料を炭素化温度まで加熱する際の昇温速度は、特に限られず、例えば、０．５℃／分以上、３００℃／分以下とすることができる。原料を炭素化温度で保持する時間（炭素化時間）は、原料を炭素化できる時間であれば特に限られず、例えば、５分以上とすることができる。より具体的に、炭素化時間は、例えば、５分以上、２４０分以下とすることができ、好ましくは２０分以上、１８０分以下とすることができる。また、炭素化は、窒素等の不活性ガス下（例えば、不活性ガスの流通下）で行うことが好ましい。
【００７８】
こうして、炭素化工程Ｓ１においては、原料の炭素化により生成された炭素化材料を得る。なお、得られた炭素化材料は、粉砕することもできる。炭素化材料を粉砕する方法は、特に限られず、例えば、ボールミルやビーズミル等の粉砕装置を使用することができる。粉砕後の炭素化材料の平均粒径は、例えば、１５０μｍ以下とすることができ、好ましくは４５μｍ以下とすることができる。
【００７９】
また、得られた炭素化材料に窒素原子を導入（ドープ）することもできる。窒素原子を導入する方法としては、例えば、アンモオキシデーション法やＣＶＤ法等の気相ドープ法、液相ドープ法又は気相-液相ドープ法を使用することができる。具体的に、例えば、アンモニア、メラミン、アセトニトリル等の窒素源を炭素化材料と混合し、得られた混合物を窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で５５０℃以上、１２００℃以下の温度で、５分以上、１８０分以下の時間保持することにより、当該炭素化材料の表面に窒素原子を導入することができる。また、得られた炭素化材料に、水蒸気賦活、二酸化炭素賦活、リン酸賦活、アルカリ賦活、水素賦活、アンモニア賦活、酸化窒素による賦活、電解賦活等の賦活処理及び／又は硝酸酸化、混酸酸化、過酸化水素酸化等の液相酸化を施すこともできる。
【００８０】
続く金属含浸工程Ｓ２においては、上述の炭素化工程Ｓ１で得られた炭素化材料に金属を含浸させる。炭素化材料に含浸させる金属は、本製造方法により製造される炭素触媒の活性を阻害しないものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
【００８１】
この金属は、例えば、周期表の３族〜１６族からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。また、金属としては、例えば、遷移金属（周期表の３族から１２族）を好ましく使用することができる。さらに、遷移金属としては、周期表の３族から１２族の第４周期、第５周期又は第６周期に属する金属を好ましく用いることができる。
【００８２】
具体的に、例えば、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ランタン、セリウム、タンタルからなる群より選択される１種又は２種以上を好ましく使用することができ、チタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択される１種又は２種以上をより好ましく使用することができる。
【００８３】
また、金属含浸工程Ｓ２においては、上述の炭素化工程Ｓ１で使用した原料に含まれる金属とは異なる種類の金属を炭素化材料に含浸させることもできる。すなわち、例えば、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、タンタル、鉛からなる群又はチタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択され、且つ上記原料に含まれる金属とは異なる１種又は２種以上を炭素化材料に含浸させることができる。
【００８４】
金属は、当該金属の単体又は当該金属の化合物として使用することができる。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭素化物、金属錯体を使用することができ、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属錯体を好ましく使用することができる。
【００８５】
金属含浸工程Ｓ２で炭素化材料に金属を含浸させる方法は、当該炭素化材料の少なくとも表面に当該金属を含浸させることのできるものであれば特に限られず、例えば、当該炭素化材料を、当該金属を含有する溶液に接触させる方法を使用することができる。
【００８６】
すなわち、例えば、金属含有溶液中に炭素化材料を浸漬して保持することにより、当該炭素化材料に金属を含浸させることができる。この場合、煮沸した金属含有溶液中で炭素化材料を保持することもできる。また、金属含有溶液としては、酸性の溶液を使用することもできる。この場合、金属含有溶液のｐＨは、例えば、１以上、６以下とすることができる。
【００８７】
続く熱処理工程Ｓ３においては、上述の金属含浸工程Ｓ２において金属が含浸された炭素化材料に熱処理を施す。熱処理は、炭素化材料を所定の温度（熱処理温度）で保持することにより行う。
【００８８】
すなわち、熱処理工程Ｓ３においては、例えば、炭素化材料を３００℃以上で加熱する。この熱処理温度は、例えば、４００℃以上とすることもできる。より具体的に、熱処理温度は、例えば、３００℃以上、１５００℃以下とすることができ、好ましくは４００℃以上、１４００℃以下とすることができ、より好ましくは５００℃以上、１３００℃以下とすることができる。
【００８９】
熱処理温度は、上述の炭素化温度と同一の温度とすることができ、異なる温度とすることもできる。すなわち、熱処理温度は、例えば、炭素化工程Ｓ１における原料の炭素化温度以下の温度とすることができ、当該炭素化温度より低い温度とすることもできる。また、熱処理温度は、炭素化温度より高い温度とすることもできる。
【００９０】
具体的に、例えば、炭素化工程Ｓ１における炭素化温度が４００℃以上、１１００℃以下であった場合には、熱処理温度は３００℃以上、１０００℃以下であって且つ当該炭素化温度以下又は当該炭素化温度より低い温度とすることができる。
【００９１】
炭素化材料を熱処理温度まで加熱する際の昇温速度は、特に限られず、例えば、０．５℃／分以上、３００℃／分以下とすることができる。炭素化材料を熱処理温度で保持する時間（熱処理時間）は、熱処理による効果が得られる時間であれば特に限られず、例えば、５分以上とすることができる。より具体的に、熱処理時間は、例えば、５分以上、２４０分以下とすることができ、好ましくは２０分以上、１８０分以下とすることができる。また、熱処理は、窒素等の不活性ガス下（例えば、不活性ガスの流通下）で行うことが好ましい。
【００９２】
こうして、熱処理工程Ｓ３においては、金属含浸後に熱処理された炭素化材料を得る。なお、得られた炭素化材料は、粉砕することもできる。炭素化材料を粉砕する方法は、特に限られず、例えば、ボールミルやビーズミル等の粉砕装置を使用することができる。粉砕後の炭素化材料の平均粒径は、例えば、１５０μｍ以下とすることができ、好ましくは４５μｍ以下とすることもできる。
【００９３】
本製造方法においては、この熱処理工程Ｓ３で得られた炭素化材料を、炭素触媒として得ることができる。このような炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２及び熱処理工程Ｓ３を含む本製造方法によれば、従来に比べて活性の向上した炭素触媒を製造することができる。すなわち、本製造方法は、特に、上述の金属含浸工程Ｓ２及び熱処理工程Ｓ３を含むことにより、炭素触媒の活性を効果的に高めることができる。
【００９４】
本製造方法においては、炭素化工程Ｓ１において触媒活性を有する炭素化材料を得ることができるが、さらに当該炭素化材料に金属含浸処理及び熱処理を施すことによって、その触媒活性を顕著に高めることができる。
【００９５】
金属含浸処理及び熱処理によって炭素触媒の活性が向上する機構としては、例えば、当該金属含浸処理及び熱処理によって、炭素化により形成された炭素構造とは異なる新たな炭素構造が形成されることが考えられる。
【００９６】
なお、原料に含まれる金属は、炭素化材料の表面及び内部の全体に分散して配置することができるのに対し、金属含浸工程Ｓ２において当該炭素化材料に含浸された金属は、主に当該炭素化材料の表面及びその近傍に局所的に配置される。
【００９７】
したがって、金属含浸処理及び熱処理は、炭素化材料に対する表面処理という側面を有するといえる。この点からも、金属含浸処理及び熱処理により形成される炭素構造は、炭素化により形成される炭素構造とは異なるものであると考えられる。
【００９８】
また、本製造方法においては、必要に応じて（例えば、炭素化後に金属が不要となる場合）、炭素化材料に含まれる金属を除去する処理（金属除去処理）を行うこともできる。
【００９９】
すなわち、本製造方法は、上述の熱処理工程Ｓ３において熱処理が施された炭素化材料に金属除去処理を施す金属除去工程と、当該金属除去処理が施された炭素化材料に熱処理を施す金属除去後熱処理工程と、をさらに含むことができる。
【０１００】
金属除去処理は、炭素化材料に含まれる金属を除去し、又は当該金属の量を低減できる処理であれば特に限られず、例えば、酸による洗浄処理や電解処理を実施することができる。
【０１０１】
酸洗浄に使用する酸は、金属除去処理の効果が得られるものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、例えば、塩酸（例えば、濃塩酸）、硝酸（例えば、濃硝酸）及び硫酸（例えば、濃硫酸）からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。２種以上の酸を使用する場合には、例えば、濃塩酸と濃硝酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸（例えば、王水）や、濃硝酸と濃硫酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸を使用することができる。
【０１０２】
酸洗浄の方法は、金属除去処理の効果が得られるものであれば特に限られず、例えば、酸を含有する溶液中に炭素化材料を浸漬して保持する方法を使用することができる。この場合、煮沸した酸溶液中で炭素化材料を保持することもできる。
【０１０３】
続く金属除去後熱処理工程においては、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理と同様の熱処理を行う。こうして、金属除去後熱処理工程においては、金属除去後に熱処理された炭素化材料を得る。なお、得られた炭素化材料は、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理が施された炭素化材料と同様に、粉砕することもできる。
【０１０４】
そして、本製造方法においては、この金属除去後熱処理工程で得られた炭素化材料を、炭素触媒として得ることができる。このような金属除去処理及び金属除去後熱処理を行うことにより、活性がより向上した炭素触媒を製造することができる。すなわち、この場合、例えば、炭素化材料から金属成分を除去し、活性点を露出させることにより、炭素触媒の活性を効果的に高めることができる。
【０１０５】
なお、本製造方法においては、炭素化工程Ｓ１で得られた炭素化材料に上述のような金属除去処理を施すことなく、金属含浸工程Ｓ２において金属含浸処理を行うことができる。すなわち、この場合、金属含浸工程Ｓ２においては、原料に含有されていた金属を炭素化材料から除去することなく、当該炭素化材料に金属を含浸させる。また、炭素化材料に金属除去処理を施した後、金属含浸処理を行うこともできる。すなわち、この場合、金属含浸工程Ｓ２においては、原料に含有されていた金属が除去された炭素化材料に金属を含浸させる。
【０１０６】
また、本製造方法は、上述の熱処理工程Ｓ３において熱処理が施された炭素化材料にさらに金属を含浸させる追加金属含浸工程と、当該追加金属含浸工程において金属が含浸された当該炭素化材料に熱処理を施す追加熱処理工程と、をさらに含むこともできる。すなわち、本製造方法は、例えば、炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３、追加金属含浸工程及び追加熱処理工程を含む。
【０１０７】
追加金属含浸工程において炭素化材料に含浸させる金属は、本製造方法により製造される炭素触媒の活性を阻害しないものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。
【０１０８】
この金属は、例えば、周期表の３族〜１６族からなる群より選択される１種又は２種以上とすることができる。また、金属としては、例えば、遷移金属（周期表の３族から１２族）を好ましく使用することができる。さらに、遷移金属としては、周期表の３族から１２族の第４周期、第５周期又は第６周期に属する金属を特に好ましく用いることができる。
【０１０９】
具体的に、例えば、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ランタン、セリウム、タンタルからなる群より選択される１種又は２種以上を好ましく使用することができ、チタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択される１種又は２種以上をより好ましく使用することができる。
【０１１０】
また、追加金属含浸工程においては、上述の炭素化工程Ｓ１で使用した原料に含まれる金属とは異なる種類の金属を炭素化材料に含浸させることもできる。すなわち、例えば、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、タンタル、鉛からなる群又はチタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択され、且つ上記原料に含まれる金属とは異なる１種又は２種以上を炭素化材料に含浸させることができる。
【０１１１】
また、追加金属含浸工程においては、上述の金属含浸工程Ｓ２で含浸させた金属とは異なる種類の金属を炭素化材料に含浸させることもできる。すなわち、例えば、アルミニウム、ケイ素、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、タンタル、鉛からなる群又はチタン、鉄、ジルコニウム、ルテニウム、セリウムからなる群より選択され、且つ金属含浸工程Ｓ２で炭素化材料に含浸させた金属とは異なる１種又は２種以上を炭素化材料に含浸させることができる。また、追加金属含浸工程においては、金属含浸工程Ｓ２で含浸させた金属とは異なる種類の金属であって、４価をとり得る金属を炭素化材料に含浸させることもできる。すなわち、この場合、例えば、金属含浸工程Ｓ２において２価又は３価の金属を炭素化材料に含浸させ、追加金属含浸工程において４価の金属を当該炭素化材料に含浸させることができる。
【０１１２】
金属は、当該金属の単体又は当該金属の化合物として使用することができる。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭素化物、金属錯体を使用することができ、金属塩、金属酸化物、金属硫化物、金属錯体を好ましく使用することができる。
【０１１３】
追加金属含浸工程で炭素化材料に金属を含浸させる方法は、当該炭素化材料の少なくとも表面に当該金属を含浸させることのできるものであれば特に限られず、例えば、当該炭素化材料を、当該金属を含有する溶液を炭素化材料に接触させる方法を使用することができる。
【０１１４】
すなわち、例えば、金属含有溶液中に炭素化材料を浸漬して保持することにより、当該炭素化材料に金属を含浸させることができる。この場合、煮沸した金属含有溶液中で炭素化材料を保持することもできる。また、金属含有溶液としては、酸性の溶液を使用することもできる。この場合、金属含有溶液のｐＨは、例えば、１以上、６以下とすることができる。
【０１１５】
続く追加熱処理工程においては、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理と同様の熱処理を行う。なお、追加熱処理工程における熱処理温度は、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理温度と同一の温度とすることができ、異なる温度とすることもできる。
【０１１６】
こうして、追加熱処理工程においては、追加金属含浸処理後に熱処理された炭素化材料を得る。なお、得られた炭素化材料は、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理が施された炭素化材料と同様に、粉砕することもできる。また、本製造方法においては、上述の追加金属含浸工程及び追加熱処理工程を２回以上繰り返すこともできる。
【０１１７】
そして、本製造方法においては、この追加熱処理工程で得られた炭素化材料を、炭素触媒として得ることができる。このような追加金属含浸処理及び追加熱処理を行うことにより、活性がより向上した炭素触媒を製造することができる。すなわち、この場合、例えば、さらに新たな炭素構造を形成することにより、炭素触媒の活性を効果的に高めることができる。
【０１１８】
また、本製造方法は、上述の追加金属含浸工程及び追加熱処理工程と、上述の金属除去工程及び金属除去後熱処理工程と、をさらに含むこともできる。すなわち、本製造方法は、例えば、炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３、金属除去工程、金属除去後熱処理工程、追加金属含浸工程及び追加熱処理工程を含む。
【０１１９】
この場合、追加金属含浸工程においては、熱処理工程Ｓ３における熱処理後に、金属除去処理及び金属除去後熱処理が施された炭素化材料に、再び金属を含浸させる。追加金属含浸工程及び追加熱処理工程を２回以上繰り返す場合には、各追加熱処理工程における熱処理後の炭素化材料に、金属除去処理及び金属除去後熱処理を施すこともできる。
【０１２０】
また、本製造方法は、上述の熱処理工程Ｓ３において熱処理が施された炭素化材料に酸処理を施す酸処理工程と、当該酸処理が施された当該炭素化材料に熱処理を施す酸処理後熱処理工程と、をさらに含むこともできる。すなわち、本製造方法は、例えば、炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３、酸処理工程及び酸処理後熱処理工程を含む。
【０１２１】
酸処理に使用する酸は、酸処理の効果が得られるものであれば特に限られず、任意の１種又は２種以上を使用することができる。すなわち、例えば、塩酸（例えば、濃塩酸）、硝酸（例えば、濃硝酸）及び硫酸（例えば、濃硫酸）からなる群より選択される１種又は２種以上を使用することができる。２種以上の酸を使用する場合には、例えば、濃塩酸と濃硝酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸（例えば、王水）や、濃硝酸と濃硫酸とを所定の体積比で混合して調製された混酸を使用することができる。
【０１２２】
酸処理の方法は、酸処理の効果が得られるものであれば特に限られず、例えば、酸を含有する溶液中に炭素化材料を浸漬して保持する方法を使用することができる。この場合、煮沸した酸溶液中で炭素化材料を保持することもできる。なお、上述の金属除去工程において炭素化材料を酸洗浄することにより、当該炭素化材料に酸処理を施すこともできる。すなわち、金属除去のための酸洗浄は、表面処理としての酸処理の一態様とすることができる。
【０１２３】
続く酸処理後熱処理工程においては、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理と同様の熱処理を行う。こうして、酸処理後熱処理工程においては、酸処理後に熱処理された炭素化材料を得る。なお、得られた炭素化材料は、上述の熱処理工程Ｓ３における熱処理が施された炭素化材料と同様に、粉砕することもできる。また、本製造方法においては、上述の酸処理工程及び酸処理後熱処理工程を２回以上繰り返すこともできる。
【０１２４】
そして、本製造方法においては、この酸処理後熱処理工程で得られた炭素化材料を、炭素触媒として得ることができる。このような酸処理及び酸処理後熱処理を行うことにより、活性がより向上した炭素触媒を製造することができる。すなわち、この場合、例えば、炭素化材料の表面及びその近傍に新たな官能基を導入することにより、炭素触媒の活性を効果的に高めることができる。
【０１２５】
また、本製造方法は、上述の酸処理工程及び酸処理後熱処理工程と、上述の金属除去工程及び金属除去後熱処理工程と、をさらに含むこともできる。すなわち、本製造方法は、例えば、炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３、金属除去工程、金属除去後熱処理工程、酸処理工程及び酸処理後熱処理工程を含む。
【０１２６】
この場合、酸処理工程においては、熱処理工程Ｓ３における熱処理後に、金属除去処理及び金属除去後熱処理が施された炭素化材料に、酸処理を施す。酸処理工程及び酸処理後熱処理工程を２回以上繰り返す場合には、各酸処理後熱処理工程における熱処理後の炭素化材料に、金属除去処理及び金属除去後熱処理を施すこともできる。
【０１２７】
このように、本触媒は、例えば、炭素源としての有機化合物、金属及び導電性炭素材料を含む原料の炭素化により得られた炭素化材料に金属を含浸させ、さらに熱処理を施して得られた炭素触媒とすることができる。
【０１２８】
この場合、本触媒は、上述した本製造方法により好ましく製造することができる。すなわち、本触媒は、例えば、上述の炭素化工程Ｓ１、金属含浸工程Ｓ２及び熱処理工程Ｓ３を含む本製造方法により製造された炭素触媒とすることができる。また、この場合の本触媒も、昇温脱離法において上述のような一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離が発生する炭素構造を有する炭素触媒とすることができる。
【０１２９】
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【０１３０】
［実施例１−１：過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅの製造］
まず、炭素化の対象となる原料を調製した。すなわち、１．５ｇのポリアクリロニトリル−ポリメタクリル酸共重合体（ＰＡＮ／ＰＭＡ）を３０ｍＬのジメチルホルムアミドに溶解させた後、１．５ｇの２−メチルイミダゾールと、１．５ｇの塩化コバルト六水和物（ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）と、を加え、室温で２時間攪拌した。こうして得られた混合物に、ケッチェンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン株式会社製）が、原料に含有される固形分の３０重量％となるように加え、乳鉢を用いて混合した。得られた混合物を、６０℃で１２時間、真空乾燥した。【０１３１】
さらに、この混合物を大気中で加熱して、３０分間で室温から１５０℃まで昇温し、続いて２時間かけて１５０℃から２２０℃まで昇温した。その後、混合物を２２０℃で３時間保持し、当該混合物の不融化を行った。こうして、炭素化材料の原料を調製した。【０１３２】
次に、原料の炭素化を行った。すなわち、上述のように不融化処理した原料を石英管に入れ、イメージ炉にて、２０分間窒素パージし、加熱により１８分かけて室温から９００℃まで昇温した。その後、この原料を９００℃で１時間保持し、炭素化を行った。こうして、炭素化材料を得た。【０１３３】
さらに、この炭素化材料を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル（Ｐ−７、フリッチュジャパン株式会社製）内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素化材料を回転速度６５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を１０サイクル行った。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の炭素化材料として得た。【０１３４】
次に、金属含浸処理を行った。すなわち、３００ｍＬの蒸留水に２ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）を加えて調製した溶液を沸騰させ、当該鉄含有溶液に上述の炭素化材料を２ｇ加えた。そして、沸騰中の鉄含有溶液中で攪拌しながら３時間、炭素化材料に鉄を含浸させた。その後、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用して、炭素化材料を含む溶液をろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素化材料を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素化材料を乳鉢で粉砕した。【０１３５】
次に、熱処理を行った。すなわち、上述のように金属含浸処理を施した炭素化材料を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、炭素化材料を７００℃で１時間保持した。【０１３６】
さらに、この熱処理後の炭素化材料を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素化材料を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）として得た。【０１３７】
［実施例１−２：過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷの製造］
上述の実施例１−１で得られた過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）に酸洗浄による金属除去処理を施した。【０１３８】
すなわち、炭素触媒（ＰＣｏＦｅ）１ｇに１００ｍＬの濃塩酸を加え、１時間攪拌した。炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、濃塩酸と蒸留水とを１：１（体積比）で混合した溶液を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。炭素触媒を沈殿させ、溶液を除去した後、蒸留水を１００ｍＬ加え、１時間攪拌した。この炭素触媒を含有する溶液を、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用して、炭素化材料を含む溶液をろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素化材料を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。【０１３９】
次に、金属除去後熱処理を行った。すなわち、上述のように金属除去処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、この炭素触媒を７００℃で１時間保持した。【０１４０】
さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素化材料を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素化材料を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素化材料を、粉砕された微粒子状の過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）として得た。【０１４１】
［実施例１−３：過酸化水素分解用炭素触媒ＣｏＦｅＡＷの製造］
炭素化材料の原料として、ＰＡＮ／ＰＭＡを含まない次の原料を使用した以外は、上述の実施例１−２と同様にして、炭素触媒（ＣｏＦｅＡＷ）を製造した。【０１４２】
すなわち、３０ｍＬのジメチルホルムアミドに、１．５ｇの２−メチルイミダゾールと、１．５ｇの塩化コバルト六水和物（ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）と、を加え、室温で２時間攪拌した。こうして得られた混合物に、ケッチェンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン株式会社）が、原料に含有される固形分の４３重量％となるように加え、これらを乳鉢を用いて混合した。得られた混合物を、６０℃で１２時間、真空乾燥した。乾燥した混合物に、上述の実施例１−１と同様の加熱処理を施すことにより、炭素化材料の原料を調製した。そして、以降は上述の実施例１−２と同様にして、粉砕された微粒子状の過酸化水素分解用炭素触媒（ＣｏＦｅＡＷ）を得た。【０１４３】
［実施例１−４：過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷＺｒの製造］
上述の実施例１−２で得られた過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）に追加金属含浸処理を施した。【０１４４】
すなわち、３００ｍＬの蒸留水に２ｇの塩化酸化ジルコニウム八水和物（ＺｒＣｌ２Ｏ・８Ｈ２Ｏ）を加えて調製した溶液を沸騰させ、当該ジルコニウム含有溶液に炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）を２ｇ加えた。そして、沸騰中のジルコニウム含有溶液中で攪拌しながら３時間、炭素触媒にジルコニウムを含浸させた。その後、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用して、炭素触媒を含む溶液をろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素触媒を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。【０１４５】
次に、追加熱処理を行った。すなわち、上述のように追加金属含浸処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、この炭素触媒を７００℃で１時間保持した。【０１４６】
さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１．５ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素触媒を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素触媒を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素触媒を、粉砕された微粒子状の過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷＺｒ）として得た。【０１４７】
［実施例１−５：過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷＨＮＯ３の製造］
上述の実施例１−２で得られた過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）に酸処理を施した。【０１４８】
すなわち、１ｇの炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）に、１００ｍＬの濃硝酸を加え、常温で３時間攪拌した。その後、ろ過膜（孔径１．０μｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ製）を使用して、炭素触媒を含む溶液をろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で洗浄した。回収された炭素触媒を６０℃で１２時間、真空乾燥させた。さらに、乾燥した炭素触媒を乳鉢で粉砕した。【０１４９】
次に、酸処理後熱処理を行った。すなわち、上述のように酸処理を施した炭素触媒を石英管に入れ、イメージ炉にて２０分間窒素パージし、加熱により１４分かけて室温から７００℃まで昇温した。その後、この炭素触媒を７００℃で１時間保持した。【０１５０】
さらに、この熱処理後の炭素触媒を粉砕した。すなわち、遊星ボールミル内に直径が１０ｍｍのジルコニアボールをセットし、当該遊星ボールミルによって炭素触媒を回転速度４５０ｒｐｍで５分間粉砕する処理を４サイクル行った。その後、粉砕した炭素触媒を取り出し、目開き１０６μｍの篩いを通過した炭素触媒を、粉砕された微粒子状の過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷＨＮＯ３）として得た。【０１５１】
［比較例１−１：炭素触媒ＰＣｏＡＷの製造］
金属含浸処理、熱処理及び当該熱処理後の粉砕処理を行わなかった以外は、上述の実施例１−２と同様にして、比較例１−１に係る触媒として、粉砕された微粒子状の炭素触媒（ＰＣｏＡＷ）を得た。【０１５２】
［比較例１−２：二酸化マンガン触媒ＭｎＯ２の準備］
比較例１−２に係る触媒として、二酸化マンガン（ＦＭＶ、東ソー株式会社製）を準備した。【０１５３】
［比較例１−３：ケッチェンブラックの準備］
導電性炭素材料であるケッチェンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン株式会社）を比較例１−３に係る炭素化材料として準備した。【０１５４】
［昇温脱離法による評価］
上述の実施例１−２〜５で製造した過酸化水素分解用炭素触媒、比較例１−１で製造した炭素触媒及び比較例１−３で準備したケッチェンブラック（ＫＢ）のそれぞれについて、昇温脱離法による評価を行った。すなわち、昇温脱離装置（日本ベル株式会社製）に炭素触媒を設置し、キャリアガス（Ｈｅ）を５０ｍＬ／分で流通させた高真空下で当該炭素触媒を加熱し、脱離したガスを四重極質量分析計（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＱＭＳ）で測定した。【０１５５】
具体的に、まず、炭素触媒の前処理（熱処理による触媒表面官能基の脱離）を行った。すなわち、炭素触媒０.０２ｇを石英製の反応管中央部に充填し、昇温脱離装置にセットした。装置内を５℃／分の昇温速度で５０℃に昇温し、４０分保持することにより、装置を安定させた。その後、炭素触媒を加熱し、１０℃／分の昇温速度で９００℃に昇温することにより、当該炭素触媒の熱処理を行い、その表面の官能基を脱離させた。【０１５６】
次に、炭素触媒の表面に酸素を吸着させた。すなわち、まず、装置内を１５０℃で１０分保持することにより、装置を安定させた。その後、上述のように熱処理が施された炭素触媒に酸素（Ｏ２）ガスを５体積％になるように流通させ、１５０℃で２０分保持することにより、当該炭素触媒の表面（主にエッジ面）に酸素を化学吸着させた。【０１５７】
次に、炭素触媒に熱処理を施し、脱離する一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を測定した。すなわち、装置内にヘリウム（Ｈｅ）ガスを１５０℃で２５分流し、化学吸着していない酸素を脱気した。次に、装置内を再び１０℃／分の昇温速度で１５０℃から９００℃に昇温した。この昇温の間、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを５０ｍＬ／分で流通させ、含酸素化合物の脱離によって生じる一酸化炭素及び二酸化炭素を検出し、温度（横軸）と検出強度（縦軸）との相関関係を記録した。【０１５８】
そして、脱離した一酸化炭素及び二酸化炭素の量を求めた。すなわち、熱処理を開始した１５０℃から、定量したい温度（４００℃又は９００℃）までの一酸化炭素及び二酸化炭素の検出強度の積分値（検出強度面積）をそれぞれ計算した。一方、所定量のシュウ酸カルシウム一水和物（ＣａＣ２Ｏ４・Ｈ２Ｏ）を基準物質として用いて、一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量と、検出強度面積と、の相関関係を示す検量線を作成した。具体的には、シュウ酸カルシウムの含有量が２５０、５００、７５０、１０００μｍｏｌとなるようにアルミナとシュウ酸カルシウム一水和物（ＣａＣ２Ｏ４・Ｈ２Ｏ）を混合した試料０．０２ｇに上述の条件で熱処理を行って検量線を得た。そして、測定により得た検出強度面積と、検量線と、に基づいて、炭素触媒からの一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量（放出量）を定量した。【０１５９】
図３には、各炭素触媒について、昇温脱離法における１５０℃から４００℃又は９００℃での一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量を評価した結果を示す。図３に示すように、金属含浸処理が施された過酸化水素分解用炭素触媒（実施例１−２〜５）の脱離量は、当該金属含浸処理が施されていない炭素触媒（比較例１−１）及び導電性炭素材料（比較例１−３）のそれに比べて、顕著に大きかった。すなわち、金属含浸処理によって、昇温脱離法における一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量が顕著に増加した。【０１６０】
この結果は、金属含浸処理によって、炭素触媒に含まれる炭素のエッジ面が増加したこと、すなわち、活性表面積が増加したことを示す。したがって、後述の実施例２，３で示された過酸化水素分解触媒活性の向上は、金属含浸処理によるエッジ面の増加（活性表面積の増加）によるものと考えられた。
【実施例２】
【０１６１】
［過酸化水素分解触媒活性の評価］
上述の実施例１−２〜４で製造した過酸化水素分解用炭素触媒、比較例１−１で製造した炭素触媒及び比較例１−２で準備した二酸化マンガン触媒のいずれか１．５ｍｇを、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を３４００ｍｇ／Ｌの濃度で含有する水溶液３０ｍＬに添加し、スターラーで攪拌しながら室温（２７℃）で２０分保持した。【０１６２】
この過酸化水素水溶液においては、触媒の添加後、直ちにガスが発生した。２０分経過後、直ちに過酸化水素水溶液を孔径０．４５μｍのメンブレンフィルターでろ過し、触媒と水溶液とを分離した。そして、ろ液の過酸化水素濃度を過マンガン酸滴定により定量した。また、過酸化水素の分解率を次の式により算出した；「分解率（％）＝｛処理前の過酸化水素濃度（ｍｇ／Ｌ）−処理後の過酸化水素濃度（ｍｇ／Ｌ）}／処理前の過酸化水素濃度（ｍｇ／Ｌ）×１００」。【０１６３】
図４は、このようにして各触媒の過酸化水素分解触媒能を評価した結果を示す。図４に示すように、過酸化水素分解用炭素触媒を使用することにより（実施例２−２〜４）、比較例２−１に係る二酸化マンガン触媒及び比較例２−２に係る炭素触媒を使用した場合に比べて、高い過酸化水素分解率が達成された。すなわち、実施例２−２〜４で使用した過酸化水素分解用炭素触媒は、比較例２−１，２で使用した触媒に比べて顕著に高い過酸化水素分解触媒活性を有することが確認された。【０１６４】
なお、上述の触媒に代えて、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣＰ６００ＪＤ、ライオン株式会社製）、黒鉛粉末（ＫＳ５−７５、ティムカルジャパン株式会社製）又は水蒸気賦活活性炭（白鷺ＴＣ、日本エンバイロケミカルズ株式会社製）１．５ｍｇを、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を３４００ｍｇ／Ｌの濃度で含有する水溶液３０ｍＬに添加した場合には、目視による分解ガスの発生は認められず、実質的に反応が起こらなかった。
【実施例３】
【０１６５】
［過酸化水素分解用触媒成形体の製造］
非水溶性高分子であるポリビニルブチラール１０００（ＰＶＢ：重合度９００−１１００、和光純薬工業株式会社製）をメタノールに１０重量％となるように溶解したＰＶＢ溶液と、水溶性高分子であるポリアクリル酸（ＰＭＡ：Ｍｗ＝２５０００、和光純薬工業株式会社製）をメタノールに１０重量％となるように溶解したＰＭＡ溶液と、を体積比４：１で混合することにより、高分子バインダー溶液を調製した。【０１６６】
この高分子バインダー溶液に、上述の実施例１−２で製造した過酸化水素分解用炭素触媒（ＰＣｏＦｅＡＷ）を５０重量％となるように添加し混合することにより、触媒スラリー（塗布用触媒組成物）を調製した。この触媒スラリーを表面積が1ｃｍ２の基板表面に塗布して乾燥させることにより、触媒及び高分子バインダーからなる成形体を作製した。【０１６７】
次いで、この成形体を水中に浸漬することにより、当該成形体からポリアクリル酸を溶出させた。こうして、ポリアクリル酸を除去することにより形成された多孔構造を有する、フィルム状の過酸化水素分解用触媒成形体を得た。【０１６８】
［二酸化マンガン含有触媒成形体の製造］
過酸化水素分解用炭素触媒に代えて、二酸化マンガン（ＦＭＶ、東ソー株式会社製）（ＭｎＯ２）を使用した以外は、上述の過酸化水素分解用触媒成形体と同様にして、ポリアクリル酸を除去することにより形成された多孔構造を有する、フィルム状の二酸化マンガン含有触媒成形体を得た。【０１６９】
［過酸化水素分解触媒活性の評価］
上述のようにして得られた過酸化水素分解用触媒成形体を、過酸化水素を３０００ｍｇ／Ｌの濃度で含有する水溶液に浸漬し、室温（２７℃）で１２０分保持した。１２０分経過後、直ちに過酸化水素水溶液から過酸化水素分解用触媒成形体を取り出した。そして、処理後の水溶液に含有される過酸化水素濃度を過マンガン酸滴定により定量し、上述の実施例１と同様に、過酸化水素の分解率を算出した。その結果、過酸化水素の分解率は３６％であった。【０１７０】
一方、過酸化水素分解用触媒成形体に代えて、上述のようにして得られた二酸化マンガン含有触媒成形体を使用した以外は同様にして過酸化水素水溶液を処理したところ、過酸化水素の分解率は１４％であった。【０１７１】
すなわち、過酸化水素分解用炭素触媒を含有する触媒成形体は、二酸化マンガンを含有する触媒成形体に比べて高い過酸化水素分解触媒活性を有することが確認された。
【実施例４】
【０１７２】
［実施例４−１：過酸化水素分解用炭素触媒による水処理１］
処理の対象とする原水として、ｐＨが６．５〜７．５の排水を準備した。この原水をろ過して懸濁物質を除去することにより得られたろ液は、ＣＯＤＭｎが５３ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＣｒが９９ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣが５４ｍｇ／Ｌ、色度が３９１であった。また、この原水を１００００ｒｐｍで１０分間遠心分離して懸濁物質を除去することにより得られたろ液のＢＯＤは４０ｍｇ／Ｌであった。【０１７３】
なお、ＣＯＤＭｎは、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−１７に準拠した方法により測定し、ＣＯＤＣｒは、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２−２０に準拠した方法により測定した。また、ＴＯＣは、ＨＡＣＨ社製の水質分析計（ＤＲ２４００）を用い、管理番号１０１７３のＴＯＣ（中濃度）測定方法に準拠した方法により測定し、色度は、当該水質分析計を用い、管理番号８０２５の色度測定法（Ｐｌａｔｉｍｕｎ−Ｃｏｂａｌｔ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍｅｔｈｏｄ法）に準拠した方法により測定した。【０１７４】
そして、過酸化水素分解用炭素触媒により、原水を処理した。すなわち、まず、容積５００ｍＬの容器に原水２００ｍＬを入れた。この原水に、上述の実施例１−２で製造した過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷを、濃度が４００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。さらに、原水中の濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるように予め調整した過酸化水素水を２ｍＬ加えた。【０１７５】
そして、この炭素触媒及び過酸化水素を含有する原水を室温（２７℃）で１５分間振とうした。振とう後、処理液を孔径０．４５μｍのフィルターでろ過し、炭素触媒を分離した。得られたろ液のＣＯＤＭｎ、ＣＯＤＣｒ、ＴＯＣ及び色度を測定した。【０１７６】
［実施例４−２：過酸化水素分解用炭素触媒による水処理２］
原水中の濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるように予め調整した過酸化水素水を添加した以外は、上述の実施例４−１と同様にして、過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷにより、原水を処理した。【０１７７】
［実施例４−３：過酸化水素分解用炭素触媒による水処理３］
過酸化水素分解用炭素触媒を添加する前に、予め原水に硫酸を添加し、ｐＨを３〜４に調整した以外は、上述の実施例４−２と同様にして、過酸化水素分解用炭素触媒ＰＣｏＦｅＡＷにより、原水を処理した。【０１７８】
［比較例４−１：フェントン法による水処理１］
フェントン法により、上述の原水を処理した。すなわち、まず、原水に硫酸を添加し、ｐＨを３〜４に調整した。この原水２００ｍＬを容積５００ｍＬの容器に入れた。次いで、この原水に、塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ２）を、原水中での濃度が４００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。さらに、原水中の濃度が１００ｍｇ／Ｌとなるように予め調整した過酸化水素水を２ｍＬ加えた。【０１７９】
そして、この塩化鉄（ＩＩ）及び過酸化水素を含有する原水を室温（２７℃）で１５分間振とうした。振とう後、処理液に水酸化ナトリウムを添加して、鉄を水酸化物として沈殿させた。次いで、処理液をろ紙（ＡＤＶＡＮＴＥＣ  ５Ｃ）でろ過することにより、沈殿物を除去した。ろ液をさらに孔径０．４５μｍのフィルターでろ過した。得られたろ液のＣＯＤＭｎ、ＣＯＤＣｒ、ＴＯＣ及び色度を測定した。【０１８０】
［比較例４−２：フェントン法による水処理２］
原水中の濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるように予め調整した過酸化水素水を添加した以外は、上述の比較例４−１と同様にして、フェントン法により、原水を処理した。【０１８１】
［比較例４−３：二酸化マンガンによる水処理］
炭素触媒に代えて二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を使用した以外は、上述の実施例４−１と同様にして、当該二酸化マンガンにより、原水を処理した。【０１８２】
［比較例４−４：酸化コバルトよる水処理］
炭素触媒に代えて酸化コバルト（ＣｏＯ）を使用した以外は、上述の実施例４−２と同様にして、当該酸化コバルトにより、原水を処理した。【０１８３】
［水質改善触媒活性の評価結果］
図５には、各例における水質改善触媒活性の評価結果を処理条件とともに示す。なお、図５のＣＯＤＣｒ欄に示す「−」は、測定を行わなかったことを示す。【０１８４】
図５に示すように、過酸化水素分解用炭素触媒を使用することにより、原水のＣＯＤＭｎ、ＣＯＤＣｒ、ＴＯＣ及び色度を効果的に低減することができた（実施例４−１〜３）。すなわち、過酸化水素分解用炭素触媒は、過酸化水素の存在下で、高い有機物分解触媒活性を示すことが確認された。【０１８５】
しかも、フェントン法（比較例４−１，２）のようにｐＨを酸性領域に調整することなく、ｐＨ６．５〜７．５という中性の原水に過酸化水素分解用炭素触媒を過酸化水素とともに添加するだけで、十分な水質改善が達成できた（実施例４−１，２）。【０１８６】
これに対し、二酸化マンガン又は酸化コバルト（比較例４−３，４）を使用した場合には、過酸化水素分解用炭素触媒を使用した場合ほどの水質改善効果は得られなかった。なお、「Ｈ２Ｏ２添加原水」欄に示すように、原水での濃度が５００ｍｇ／Ｌとなるように過酸化水素を添加するのみでは、水質は何ら改善されなかった。
【図１】
2011055604.tif 000003
【図２】
2011055604.tif 000004
【図３】
2011055604.tif 000005
【図４】
2011055604.tif 000006
【図５】
2011055604.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月13日(2012.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から官能基を脱離させるための熱処理を施し、次いで酸素を化学吸着させた場合の昇温脱離法における１５０℃から４００℃での一酸化炭素の脱離量及び二酸化炭素の脱離量の合計が、０．０２ｇあたり０．０６ｍｍｏｌ以上である
ことを特徴とする過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項２】
前記一酸化炭素の脱離量が０．０１ｍｍｏｌ以上であり、前記二酸化炭素の脱離量が０．０５ｍｍｏｌ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項３】
炭素源としての有機化合物、コバルト及び導電性炭素材料を含む原料の炭素化により得られた炭素化材料に鉄を含浸させ、さらに熱処理を施し、その後、金属除去処理を施し、さらに熱処理を施して得られた
ことを特徴とする過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項４】
溶液中、気体中又はミスト中の過酸化水素を分解するために使用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項５】
過酸化水素の存在下で溶液中、気体中又はミスト中の有機物の分解を促進するために使用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒と、
高分子バインダーと、
を含む
ことを特徴とする過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項７】
前記高分子バインダーは、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含む
ことを特徴とする請求項６に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項８】
前記過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子と非水溶性高分子とを含む前記高分子バインダーと、を含有する成形体を水で処理し、前記高分子バインダーに含まれる前記水溶性高分子を前記成形体から除去することにより形成された多孔構造を有する
ことを特徴とする請求項６に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項９】
前記水溶性高分子は、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール及びポリビニルアルコールからなる群より選択される１種又は２種以上である
ことを特徴とする請求項７又は８に記載された過酸化水素分解用触媒成形体。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒と、水溶性高分子及び非水溶性高分子を含む高分子バインダーと、を含む
ことを特徴とする触媒組成物。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載された過酸化水素分解用炭素触媒が固定化された触媒部を備え、
前記触媒部に過酸化水素を含有する溶液、気体又はミストを接触させることにより、前記溶液、前記気体又は前記ミストを処理する
ことを特徴とする処理装置。
【国際調査報告】
2011055604.tif 000008
2011055604.tif 000009
2011055604.tif 000010
2011055604.tif 000011